基于微痕量Cd(Ⅱ)的快速检测研究

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Cd(Ⅱ)随采矿、冶炼、电镀等工业生产进入环境中,通过食物链在人体不同器官内选择性蓄积,严重危害人类健康。Cd(Ⅱ)的常规检测方法在时间成本和检测性能上不能兼顾。基于聚合物包容膜(PIM)的光传感膜检测方法,萃取与检测同步进行,减少时间消耗,简化操作步骤,使微痕量离子的快速检测成为可能,在分析检测领域有良好的应用前景。基于此,本文探讨了PIM基光传感膜和显色型试纸对Cd(Ⅱ)的快速检测研究,旨在为Cd(Ⅱ)的便携式检测装置的研发应用提供理论支撑。主要的研究内容如下:(1)以三辛基甲基氯化铵(Aliquat 336)作萃取剂、聚氯乙烯(PVC)作基础聚合物制备聚合物包容膜PA-PIM,通过化学吸附制备以罗丹明B(Rh B)为显色剂的PIM基光传感膜PAB-SM。考察了膜组分、溶液酸碱度及响应时间等因素对PAB-SM检测Cd(Ⅱ)性能的影响,探讨了PAB-SM对Cd(Ⅱ)的检测范围,评价了PAB-SM测定Cd(Ⅱ)的选择性和准确性等指标。结果表明,Aliquat 336含量为41.86%时,对Cd(Ⅱ)的萃取和检测效果最佳。在优化条件下,PAB-SM能实现对浓度在4.45×10-9~8.90×10-7mol/L之间Cd(Ⅱ)的快速测定,检测限(LOD)达1.95×10-9mol/L,且具有较好的重现性和准确性。但Rh B有一定的水溶性,PAB-SM对Cd(Ⅱ)的测定有严格的时间把控要求,且PAB-SM不可再生使用。(2)以PVC作基础聚合物,质量分数56.52%的二(2-乙基己基)磷酸酯(D2EHPA)作萃取剂的PIM为基膜,1-(2-吡啶偶氮)-2萘酚(PAN)作显色剂,制备了PIM基光传感膜PDN-SM。结合ATR-FTIR、XRD等分析手段,探讨了PDN-SM与Cd(Ⅱ)的显色机理,在优化条件下,PDN-SM对浓度在8.90×10-9~8.90×10-4mol/L之间的Cd(Ⅱ)实现了15min内的快速测定,LOD达3.89×10-9mol/L。与PAB-SM相比,对Cd(Ⅱ)的检测范围扩宽了三个数量级。利用PDN-SM测定自来水样中的Cd(Ⅱ)含量,样品回收率均在98~103%合格范围内,证实了该方法较好的准确性。PAN在PD-PIM上的单分子层吸附机制,为Cd(Ⅱ)的检测提供了动力学依据,PAN不溶于水,确保了PDN-SM检测Cd(Ⅱ)性能的稳定性。(3)在优化的检测条件下,PDN-SM分别实现了对浓度在1.78×10-9~1.78×10-4mol/L、1.78×10-7~1.78×10-3mol/L之间的Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的快速检测,LOD为3.42×10-10、1.23×10-7mol/L。分别以邻菲罗啉、碘化钾、盐酸羟胺/酒石酸钾钠作掩蔽剂,PDN-SM可选择性测定金属冶炼处理废水中Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)含量。利用HNO3对PDN-SM再生的重复使用次数≥3次。(4)以PAN、双硫腙(Dz)为显色剂,通过对单一及二元显色型试纸的载体材料、显色剂浓度、浸泡时间及Cd(Ⅱ)显色时间等因素的优化,制备了抗干扰性强、色阶明显的标准比色板;在掩蔽剂作用下,实现了对模拟水样中Cd(Ⅱ)的半定量检测。结果表明,中速定性滤纸在以氯仿为溶剂,比例为0.3/0.2的0.015%(w/v)PAN和0.0075%(w/v)Dz的二元显色剂中浸泡30 min,制备了半定量检测浓度在8.90×10-7~8.90×10-4mol/L之间的Cd(Ⅱ)的标准比色板。显色及检视时间均为60 s,耗时短,是一种理想的快速检测方法。
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